[发明专利]具有混合模式放气操作的空调系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于操作飞机的至少一个空调系统的能量供应系统、用于飞机的空调系统和用于对飞机进行空气调节的方法。

背景技术

为了向飞机空调系统和诸如除冰系统之类的其它系统供应能量和新鲜空气，空气通常要从动力单元的压缩机级或由APU驱动的压缩机抽出，并被路由至空调系统单元(“pack(机组)”)以及机翼防冰系统。在飞行期间，该加热和加压的空气，又被称为“放气(bleed air)”，代表空调系统单元的唯一能源，该空调系统单元的能量必须同时足以为飞机座舱加压和操作对应的制冷过程。待被供应放气的各种系统的压力需求决定动力单元的压缩机级或由APU驱动的压缩机的放气连接器处的必需压力。这里的决定性因素具体是pack的需求，其需要相对高的空气压力来操作热力学循环和将冷的或新鲜空气送入座舱。

然而，较高的必需放气压力由于动力单元中更强烈的压缩还使得放气温度更高。为了防止接收放气的部件发生损坏，放气必须被限于预定的最大温度，且由此还根据其温度被预冷却器冷却。被设计为热交换器的预冷却器的操作使得吸热的附加介质成为必要，且通常采用来自飞机的主动力单元的风扇级的低压力水平的放气的形式。该冷却空气从待冷却且不再可用作进一步在飞机中使用的能量载体的放气以附加热输入沿向外的方向离开预冷却器进入飞机的环境中。

除了实际飞机空调系统的能量供应，放气还被路由至机翼前缘襟翼(“前缘缝翼”)内部的线路网络，以加热这里的前缘缝翼内部，从而阻止前缘缝翼的外部上形成冰层。

在传统的基于气动和放气的空调和能量供应系统的情况下，来自由APU驱动的压缩机的放气也用于通过气动动力单元启动器单元启动飞机的一个或多个主动力单元。该基于气动的能量架构是一种强健的且在全世界很多飞机中被使用的公认系统。然而，这种基于放气的从动力单元提取能量的方法显示出这里会发生燃气涡轮机过程的显著缺点。此外，由于放气连接器以机械安装的方式布置在动力单元的内部，因此放气连接器处的放气压力随不同的动力单元状态而改变。这样更加难以按照操作系统所需的能量来产生被抽出到线路中的气动能量的量。放气连接器的位置通常被设计成使得这里可用的放气压力在所有设计情况下总是足以正确地操作飞机空调系统(例如在热的环境下或各种有缺陷的情况下)。这意味着，施加到放气连接器的放气压力显著地超出正常状况下所需的放气压力。该差异需要使用压力和容积流速调节阀，由此从动力单元抽出的部分能量不起所用或仍未被使用。这使得在大多数操作点，放气动力被过量地从动力单元抽出，由此使总体的燃料消耗显著过量。

完全基于放气的传统空调系统的另一缺点在于由高的放气温度导致的放气连接器处的节流和排气阀的材料疲劳度加速，这相应地降低了它们的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是减少或消除上述缺点。本发明的目的具体在于提出一种能量供应系统，最初提到的这种类型的能量供应系统中，放气从飞机的动力单元的抽出被优化，使得从动力单元抽出的动力基本对应于空调系统所需的动力。本发明的目的还在于最小化过量的燃料消耗，这可能源于过量抽出的动力单元动力的节流和热损耗。

该目的通过一种用于供给飞机的至少一个空调系统的能量供应系统来实现，该能量供应系统具有至少一个空气线路网络和至少一个电力线路网络，其中所述空气线路网络连接至所述空调系统和用于将放气路由至所述空调系统的至少一个放气连接器，所述电力线路网络连接至所述空调系统和用于将电能路由至所述空调系统的至少一个电能源，并且所述空调系统具有电可操作的冷却设备。

这种能量供应系统使放气能够在相对低的压力水平下从动力单元抽出。在这方面，抽出的放气不用于完全操作包括对座舱进行加压和冷却的空气调节过程。根据本发明的能量供应系统仅提供至少保证在所有操作状态下对座舱进行加压的放气。另外的用于冷却被路由至座舱的新鲜空气所需的能量由电力冷却系统提供。空调系统的这种气动和电力混合供应是使从动力单元抽出的能量与必需能量准确且以尽可能小的损耗相适应的有利可能性。当计划抽出放气时，在通常飞机期间所预期的周围温度的偏差不必考虑在内，而是相反，可由电力冷却容易地补偿。

在一个有利的展开中，放气在每种情况下都从动力单元处的两个放气连接器被抽出，动力单元的各个放气连接器处于不同的压力下。这使得放气的抽出进一步优化，且在使用单个放气连接器时，一旦降低压力和容积流速，节流损耗就会降低。